變形監(jiān)測(cè)在龍門埡拱式渡槽支撐系統(tǒng)的應(yīng)用

李 亮，田 燕 龍，趙 偉 華，趙 云 龍

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

都江堰灌區(qū)毗河供水一期工程龍門埡渡槽進(jìn)口位于金堂縣白果鎮(zhèn)羅盤村22組，出口位于金堂縣白果鎮(zhèn)羅盤村9組，該段屬于總干渠第一流量段下段，為整個(gè)毗河供水一期工程中的重要組成部分，設(shè)計(jì)流量22 m3/s，縱坡為1/3 000，全長(zhǎng)502 m(樁號(hào)：一35+886.75～一36+388.75)。龍門埡渡槽由簡(jiǎn)支梁式渡槽和拱式渡槽組成，共計(jì)57跨，其中26跨為單跨長(zhǎng)5 m的拱上槽身，31跨為單跨長(zhǎng)12 m的普通槽身。

拱式渡槽其跨度結(jié)構(gòu)形式為兩跨下承式混凝土拱橋，單跨拱式渡槽長(zhǎng)65 m，由下部拱座(拱墩)、肋拱拱圈、肋拱拱圈上部排架、肋拱拱圈上部槽身(單跨槽身長(zhǎng)5 m)組成。由于肋拱長(zhǎng)度較大、受力復(fù)雜且留有預(yù)拱度，施工難度較大，因此施工過程中的變形監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。一方面，監(jiān)測(cè)過程不僅需要加強(qiáng)對(duì)其下部基礎(chǔ)變形的觀測(cè)；另一方面，為配合上部結(jié)構(gòu)施工，還需要同時(shí)加強(qiáng)對(duì)肋拱撓度及混凝土澆筑成型后上部結(jié)構(gòu)物的變形監(jiān)測(cè)。筆者介紹了具體的監(jiān)測(cè)過程。

2 監(jiān)測(cè)方案的制定

龍門埡拱式渡槽跨越當(dāng)?shù)毓喔绒r(nóng)田，加之該區(qū)域地下水豐富，其覆蓋表層的大部分為可耕植土，且在實(shí)際施工過程中基礎(chǔ)開挖8 m深后仍未見基巖顯露，與招標(biāo)階段所提供的地質(zhì)資料相差較大，地質(zhì)條件發(fā)生了明顯變化。由于基礎(chǔ)需要承受支撐結(jié)構(gòu)體系荷載+主體結(jié)構(gòu)荷載+部分外力荷載，因此，必須對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，以隨時(shí)掌控基礎(chǔ)沉降變形情況；待基礎(chǔ)完工后，將逐步進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工。由于其上部不斷的加載，因此必須嚴(yán)格記載每次觀測(cè)的沉降數(shù)據(jù)、增加的荷載量、支撐結(jié)構(gòu)傾斜等數(shù)據(jù)，以便在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)情況，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)亦應(yīng)有相應(yīng)的要求。首先，觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在最能敏感地反映出渡槽基礎(chǔ)沉降變化的位置；其次，方便監(jiān)測(cè)人員隨時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，在施工過程中應(yīng)做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作，以免其受到損壞而影響到監(jiān)測(cè)結(jié)果。

2.1 監(jiān)測(cè)方案制定的目的

通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行信息反饋，及時(shí)掌握龍門埡拱式渡槽施工時(shí)基礎(chǔ)及支撐體系的受力狀態(tài)和應(yīng)力分布，實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)施工狀況，在安全和質(zhì)量得到保障的前提下，確保拱式渡槽基礎(chǔ)及支撐體系穩(wěn)定且滿足施工要求；同時(shí)對(duì)優(yōu)化施工工藝、根據(jù)施工進(jìn)度調(diào)整基礎(chǔ)施工→支撐結(jié)構(gòu)搭設(shè)→肋拱混凝土澆筑→支撐結(jié)構(gòu)拆除全過程進(jìn)行變形觀測(cè)；在事故發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)警，以便及時(shí)采取措施，避免事故的發(fā)生；反饋現(xiàn)場(chǎng)施工，為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的安全狀況給出評(píng)估意見，為及時(shí)指導(dǎo)施工、監(jiān)督工程質(zhì)量提供依據(jù)。

2.2 監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)原則

毗河供水一期工程屬于線性民生工程，而龍門埡拱式渡槽又是其中十分重要的主干線建筑物，實(shí)施變形監(jiān)測(cè)就是為了保證工程安全順利的進(jìn)行。在進(jìn)行工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)遵 循“實(shí)用、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)”的原則[1]。首先，變形監(jiān)測(cè)要貫穿于整個(gè)施工過程，保證監(jiān)測(cè)的全面可靠。監(jiān)測(cè)儀器和方法要實(shí)用、安全可靠且經(jīng)濟(jì)，既要保證觀測(cè)結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，又要保證項(xiàng)目監(jiān)測(cè)的總投入合理。

2.3 監(jiān)測(cè)布置方案選擇

目前常用的監(jiān)測(cè)方法主要是建立平面和高程基準(zhǔn)控制網(wǎng)，通過建立基準(zhǔn)網(wǎng)對(duì)局部建筑物逐步加密，所采用的儀器設(shè)備包括精密水準(zhǔn)儀、高精度全站儀、測(cè)量機(jī)器人以及三維激光掃描儀等，其原理是通過確定現(xiàn)場(chǎng)建筑物的實(shí)測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)或參考原始坐標(biāo)的差值來反映其變形量的大小。

根據(jù)該測(cè)區(qū)地形情況宜先建立基準(zhǔn)網(wǎng) ,然后由基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)定工作基點(diǎn)(視準(zhǔn)線基點(diǎn)),由工作基點(diǎn)對(duì)變形點(diǎn)實(shí)施監(jiān)測(cè)[2]。由于毗河供水一期工程屬線性工程，戰(zhàn)線長(zhǎng)，在項(xiàng)目前期，項(xiàng)目部組織了大量的專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行了嚴(yán)密的線性控制網(wǎng)布設(shè)，與北京54坐標(biāo)系和1956年黃海高程系建立了聯(lián)系，控制網(wǎng)整體精度滿足要求，最終直接采用前期控制網(wǎng)作為基準(zhǔn)網(wǎng)對(duì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行控制。

由于本次拱式渡槽監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目為基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)與肋拱變形監(jiān)測(cè)。故該項(xiàng)目最終采用通常使用的高精度水準(zhǔn)儀和尼康Nivo2.M型號(hào)全站儀，該全站儀測(cè)角精度為2″，測(cè)距精度為棱鏡模式±2 mm+2 ppm，免棱鏡模式±3 mm+2 ppm，完全滿足項(xiàng)目監(jiān)測(cè)的要求。監(jiān)測(cè)采用尼康Nivo2.M型號(hào)全站儀配合相應(yīng)的配套棱鏡及反射片，局部配合使用高精度水準(zhǔn)儀。測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)均建立在臨時(shí)墩沉降變形觀測(cè)區(qū)以外的穩(wěn)定區(qū)域，沉降變形測(cè)量不受臨時(shí)墩施工的影響。所使用的控制點(diǎn)在觀測(cè)期間穩(wěn)定不變，在測(cè)定沉降變形點(diǎn)時(shí)作為高程和坐標(biāo)的傳遞點(diǎn)；同基準(zhǔn)點(diǎn)一樣，其平面控制點(diǎn)應(yīng)不受外界條件影響，滿足實(shí)際觀測(cè)范圍工作的需求。拱式渡槽基礎(chǔ)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)要求直接埋設(shè)在所要測(cè)點(diǎn)的沉降變形體上，點(diǎn)位設(shè)立在反映沉降變形體沉降變形的特征部位[3]，設(shè)置需牢固且便于觀測(cè)，并要求形式美觀、結(jié)構(gòu)合理且不破壞沉降變形體的外觀和使用。

3 監(jiān)控測(cè)量

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

為確保龍門埡拱式渡槽的施工安全與質(zhì)量，提高施工效率，拱式渡槽監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目分為基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)與肋拱變形監(jiān)測(cè)。鑒于監(jiān)測(cè)工作貫穿于整個(gè)施工過程且監(jiān)測(cè)頻率較大、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置較多、現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境復(fù)雜多變、干擾因素多，因此，在監(jiān)測(cè)過程中將監(jiān)測(cè)值與理論值及時(shí)進(jìn)行校對(duì)核驗(yàn)分析，提前預(yù)判渡槽施工過程中出現(xiàn)的問題并進(jìn)行調(diào)整。

3.2 監(jiān)測(cè)過程

(1)拱式渡槽臨時(shí)墩的沉降監(jiān)測(cè)。將臨時(shí)墩沉降觀測(cè)點(diǎn)布置于4個(gè)邊角上，沿水流方向兩側(cè)對(duì)稱布設(shè)，將連接觀測(cè)目標(biāo)的鋼筋深入臨時(shí)墩10 cm以上以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性?？紤]到施工作業(yè)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的破壞，在埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)將預(yù)埋件保護(hù)起來，以防止其破壞后達(dá)不到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可分析的目的。將測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在受施工擾動(dòng)范圍以外的結(jié)構(gòu)物上，將測(cè)點(diǎn)布設(shè)在管片上的設(shè)計(jì)位置，測(cè)點(diǎn)為長(zhǎng)10 cm的角鋼，將其用膨脹螺栓固定在表面上，并將反射片(40 mm×40 mm)牢固附在角鋼上，每次觀測(cè)時(shí)瞄準(zhǔn)反射片的中心位置；每次測(cè)量前，應(yīng)對(duì)所用的儀器和反射片進(jìn)行檢查，當(dāng)反射片出現(xiàn)松動(dòng)變形破損時(shí)應(yīng)及時(shí)更換固定，儀器出現(xiàn)問題時(shí)應(yīng)及時(shí)檢校更換。沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)位置見圖1。

圖1 龍門埡拱座臨時(shí)墩監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

由圖1可知：龍門埡拱座臨時(shí)墩監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布均勻，結(jié)構(gòu)合理。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置完成后，按要求對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)測(cè)量；鑒于臨時(shí)墩兩側(cè)為農(nóng)田，地下水豐富，前期施工中需每天進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量，及時(shí)分析數(shù)據(jù)并采取必要的應(yīng)對(duì)措施，其中圖2、3為分別取自15號(hào)和19號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)。從圖中可以看出：15號(hào)和19號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)開始都是由基準(zhǔn)初始值沉降一定的數(shù)值，往后數(shù)值相對(duì)初始值都趨于一個(gè)穩(wěn)定的差值，證明在施工過程中臨時(shí)墩基礎(chǔ)已逐步趨于穩(wěn)定，沒有產(chǎn)生超限的沉降值，符合施工安全要求。

(2)拱式渡槽肋拱監(jiān)測(cè)。龍門埡拱式渡槽由肋拱、單排架和槽身組成，按照要求，拱上排架應(yīng)在拱肋強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后開始施工，并利用澆筑成型的肋拱結(jié)構(gòu)做為支撐向上逐步搭設(shè)滿堂支架做為排架和槽身施工的平臺(tái)和支撐。在渡槽施工過程中，排架高度在拱頂高程以下的部分從兩拱腳向跨中對(duì)稱進(jìn)行澆筑，對(duì)于排架高度在拱頂高程以上的部分，從跨中向上下游側(cè)對(duì)稱澆筑，肋拱封拱溫度應(yīng)為15℃。在完成拱上排架澆筑后對(duì)稱進(jìn)行拱上槽身施工，隨著施工的進(jìn)行，拱上建筑物的加載逐步增加，拱圈承受較大的荷載，此時(shí)肋拱成為整個(gè)渡槽施工的關(guān)鍵，必須同步進(jìn)行肋拱變形監(jiān)測(cè)以保證整個(gè)建筑物的安全施工。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)15號(hào)數(shù)據(jù)變化圖

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)19號(hào)數(shù)據(jù)變化圖

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，為確保監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，分別在拱式渡槽順?biāo)鞣较蜉S線兩側(cè)的肋拱上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)位置見圖4。由于拱式渡槽施工依照對(duì)稱澆筑的原則，因此肋拱監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置同樣對(duì)稱分布，以便能夠均勻荷載。根據(jù)施工進(jìn)度及時(shí)調(diào)整觀測(cè)頻率，肋拱的預(yù)留預(yù)拱度為5 cm，用于減少肋拱下?lián)献儺a(chǎn)生的拱軸偏離值，保證拱跨結(jié)構(gòu)的正常工作。設(shè)置預(yù)拱度時(shí)，應(yīng)按拱頂處為全部變形值、拱腳處為零設(shè)置，其余各點(diǎn)按拱軸坐標(biāo)高度比例分配[4]。在肋拱澆筑成形后及時(shí)觀測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始值，隨著拱上排架的施工進(jìn)行各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，分析肋拱的變形值，槽身澆筑時(shí)加強(qiáng)觀測(cè)，在槽身和排架施工過程中分析預(yù)留拱度值是否符合設(shè)計(jì)要求。觀測(cè)結(jié)果顯示：在拱上排架及槽身施工過程中及結(jié)束后，整個(gè)肋拱各觀測(cè)點(diǎn)變形值均符合設(shè)計(jì)要求。

圖4 肋拱變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 觀測(cè)頻率

為滿足施工要求，保障施工安全進(jìn)行，每個(gè)測(cè)點(diǎn)需根據(jù)施工進(jìn)度及現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行觀測(cè)。施工初期臨時(shí)墩基礎(chǔ)剛成型時(shí)，基礎(chǔ)處于不穩(wěn)定期和危險(xiǎn)期，此時(shí)應(yīng)獲得6 h一次的頻率采集數(shù)據(jù)。在經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、沉降逐漸穩(wěn)定后，應(yīng)按照1次/d的頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每天對(duì)當(dāng)天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)判斷是否還存在沉降變形等不穩(wěn)定因素。在進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)、沉降變形基本收斂，各項(xiàng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，此時(shí)可適當(dāng)減少觀測(cè)頻率，但仍需達(dá)到每周至少1次的頻率，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和施工進(jìn)度靈活調(diào)整觀測(cè)頻率和施工進(jìn)度。

5 安全防護(hù)措施

(1)由于拱式渡槽為高空作業(yè)，監(jiān)測(cè)過程中存在一定的墜落風(fēng)險(xiǎn)，因此，在設(shè)置和觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)過程中，監(jiān)測(cè)人員應(yīng)佩系安全帶并嚴(yán)格按規(guī)范要求系帶牢固，高掛低用[5]，同時(shí)正確佩戴安全帽，所有工作人員應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)意識(shí)，嚴(yán)格按操作規(guī)程施工并安排專人監(jiān)護(hù)。

(2)肋拱上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍應(yīng)搭設(shè)安全護(hù)欄，同時(shí)應(yīng)用醒目標(biāo)識(shí)標(biāo)注，以防施工吊裝過程中碰撞或損壞監(jiān)測(cè)點(diǎn)；對(duì)于靠近道路(可能發(fā)生車輛沖撞)的臨時(shí)支撐體基礎(chǔ)、中墩四周變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置隔離防撞墩，防撞設(shè)施與防護(hù)對(duì)象的間距應(yīng)不小于1 m。在遠(yuǎn)離道路的臨時(shí)支撐體基礎(chǔ)四周設(shè)置安全防護(hù)欄桿(涂刷紅白相間安全警示油漆)，禁止人員靠近。

(3)通向監(jiān)測(cè)變形點(diǎn)的通道、安全樓梯應(yīng)設(shè)置安全護(hù)欄、轉(zhuǎn)角平臺(tái)，爬梯踏步下方設(shè)置雙層安全兜網(wǎng)以保證工作人員上下通行安全。

(4)“鋼筒—貝雷架”平臺(tái)四周臨空部位應(yīng)設(shè)置連續(xù)封閉的安全防護(hù)欄桿，安全防護(hù)欄桿采取密目式安全網(wǎng)進(jìn)行封閉(相鄰密目安全網(wǎng)應(yīng)緊密結(jié)合或重疊)。

6 測(cè)量成果的整理歸檔

在監(jiān)測(cè)測(cè)量任務(wù)完成后，應(yīng)及時(shí)整理成果資料，包括觀測(cè)點(diǎn)平面、縱斷面和橫斷面布置圖；沉降計(jì)算報(bào)告資料;沉降觀測(cè)記錄簿;成果資料及測(cè)量成果報(bào)表等文件資料[6]。將測(cè)量資料及成果分類存放、標(biāo)識(shí)清楚地儲(chǔ)存在資料檔案室，竣工交驗(yàn)時(shí)一并移交接收單位。

7 結(jié) 語

通過對(duì)龍門埡拱式渡槽實(shí)施多方面的嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，使龍門埡拱式渡槽能夠安全順利地完成施工，保證了整個(gè)項(xiàng)目的整體進(jìn)度，亦為毗河供水一期工程主干線其他部位的建筑結(jié)構(gòu)物變形監(jiān)測(cè)提供了實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從臨時(shí)基礎(chǔ)施工開始，至兩跨肋拱全部施工完成，臨時(shí)支撐系統(tǒng)穩(wěn)定，肋拱變形符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求；肋拱完成后，在后續(xù)的單排架和槽身施工過程中，肋拱變形監(jiān)測(cè)同樣必不可少。在投標(biāo)階段，龍門埡拱式渡槽主要針對(duì)肋拱實(shí)施變形監(jiān)測(cè)，由于實(shí)施階段拱跨基礎(chǔ)地質(zhì)條件發(fā)生了較大變化，因而增加了臨時(shí)支撐基礎(chǔ)的沉降觀測(cè)。本次變形監(jiān)測(cè)取得的經(jīng)驗(yàn)：應(yīng)當(dāng)做好基

準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)點(diǎn)的不穩(wěn)固勢(shì)必會(huì)造成工作中出現(xiàn)種種問題；同理，一方面，監(jiān)測(cè)點(diǎn)要求穩(wěn)固；另一方面，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)按照渡槽順?biāo)鞣较蜃笥覂蓚?cè)對(duì)稱布設(shè)。由于現(xiàn)場(chǎng)施工情況復(fù)雜多變，各種因素隨時(shí)可能會(huì)影響監(jiān)測(cè)進(jìn)度和頻率而造成數(shù)據(jù)采集不完整、不完善，進(jìn)而影響到施工進(jìn)度及安全，因此，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要當(dāng)天測(cè)完、當(dāng)天進(jìn)行分析反饋，任何不合適的延誤都可能導(dǎo)致施工產(chǎn)生不可預(yù)估的變化，進(jìn)而最終影響到工程施工進(jìn)度和安全。